موجودات زنده زمان را با استفاده از روش‌های گوناگون نظیر تشخیص نور و صدا در مقیاس میکروثانیه کنترل کرده و به آن واکنش نشان می‌دهند. این کنترل زمان، برای ایجاد پاسخ‌های فیزیولوژیکی لازم است تا چرخه‌های زیستی نظیر خواب و عادات ماهیانه را کنترل کنند.

پیاده‌سازی چنین توانایی برای واکنش در مقیاس‌های زمانی مختلف از طریق سوئیچ‌های مولکولی یا نانوماشین‌ها امکان‌پذیر است؛ ماشین‌هایی که به‌عنوان تایمرهای مولکولی، دقیق عمل می‌کنند یا با هم ارتباط برقرار می‌کنند. اکنون، دانشمندان دانشگاه مونترال دو مکانیسم متمایز را ارائه کرده‌اند که می‌توانند هم نرخ فعال‌سازی و هم غیرفعال‌سازی نانوماشین‌ها را در موجودات زنده در بازه‌های زمانی مختلف برنامه‌ریزی کنند.

پیشرفت آنها نشان می‌دهد که چگونه مهندسان می‌توانند از فرآیندهای طبیعی برای بهبود نانوپزشکی و سایر فناوری‌ها بهره‌برداری کنند.

سوئیچ‌های بیومولکولی یا نانوماشین‌ها که معمولاً از پروتئین یا اسیدهای نوکلئیک ساخته می‌شوند، پیچ‌ ومهره‌های ماشین‌های زیستی هستند. آنها هزاران عملکرد کلیدی از جمله واکنش‌های شیمیایی، انتقال مولکول‌ها، ذخیره انرژی و امکان حرکت و رشد را انجام می‌دهند.

اما چگونه این سوئیچ‌ها برای فعال شدن در بازه‌های زمانی مختلف تکامل یافته‌اند؟

این یک سوال کلیدی است که مدت‌ها شیمیدانان را مجذوب خود کرده است و ازدهه ۱۹۶۰ میلادی که دانشمندان کار روی این موضوع را شروع کردند، همیشه دو مکانیسم محبوب برای کنترل فعال‌سازی سوئیچ‌های بیومولکولی در بین دانشمندان مورد بحث بود.

برای کشف رمز و راز این دو مکانیسم و عملکرد آنها، محققان با موفقیت یک “در” مولکولی ساده را با استفاده از DNA بازسازی کردند. اگرچه DNA بیشتر به دلیل توانایی خود در رمزگذاری کد ژنتیکی موجودات زنده شناخته شده است، آنها شروع به استفاده از شیمی ساده DNA برای ساخت اشیاء در مقیاس نانو کرده‌اند.

دومینیک لاوزون، محقق شیمی در UdeM گفت: در مقایسه با پروتئین، DNA یک مولکول بسیار قابل برنامه‌ریزی و همه کاره است. آنها مانند بلوک‌های شیمی لگو بوده که به ما اجازه می‌دهند هر آنچه را که در ذهن داریم، در مقیاس نانو بسازیم.

دانشمندان UdeM با استفاده از DNA، یک “در” به عرض ۵ نانومتر ساخته‌اند که می‌تواند از طریق دو مکانیسم با استفاده از یک مولکول فعال شود. این دستاورد به محققان اجازه داد تا هر دو مکانیسم سوئیچینگ را مستقیم بررسی کرده و آنها را با هم مقایسه کنند و اصول طراحی و توانایی برنامه‌نویسی آنها را آزمایش کنند.

به نقل از ستاد نانو، کارل پرووست ترمبلی توضیح داد: ما دریافته‌ایم که می‌توانیم به سادگی و با طراحی دسته‌های مولکولی، نرخ سوئیچ را از ساعت به ثانیه کاهش دهیم.